丙烯壓縮機性能不達標問題案例分析

王登 宋亮

（沈陽鼓風機集團股份有限公司 遼寧沈陽 110000）

丙烯壓縮機作為一臺背壓式汽輪壓縮機，在具體的聚合工藝當中，能夠壓縮來自于F301當中的丙烯混合氣，進而提升壓力，并反饋至聚丙烯高壓洗滌塔T301 中進行循環、利用，而這也是丙烯壓縮機節降耗的最關鍵之處。但在此過程中，如何確保壓縮機運行正常成為節約運行成本的重點和難點。

1 設備簡介

1.1 汽輪機定義、分類

汽輪機又可稱之為“透平”，原理是用蒸汽進行做功的旋轉式原動機。根據其熱力過程，可將其分為凝氣式汽輪機、抽氣凝汽式汽輪機、背壓式汽輪機、多壓式汽輪機等［1-3］。

1.2 丙烯壓縮機簡介

1.2.1 定義、分類

工業生產過程中，常常需要用到帶有一定壓力的氣體，而要輸送這類氣體，必須用到壓縮機［4］。眾所周知，氣體壓強與其單位時間內的氣體分子撞機的次數、撞機強烈程度等密切相關，而要增加氣體分子運動速度和撞機程度，就必須提升容積當中的氣體溫度，但在實際工業操作過程中，對于壓縮的氣體溫度要求又不高，這就必須通過壓縮機來實現［5］。

目前，最常用的兩種壓縮機為容積式壓縮機、透平式壓縮機，前者主要是通過縮小氣體容積來實現壓力的提高，后者則是利用旋轉葉片的做功來實現壓力的提高。而從使用性能上來說，容積式壓縮機更適宜高壓比和中小流量場合中，透平式壓縮機則適用于低中壓比和大流量場合［6］。

1.2.2 結構

壓縮機本體主要分為兩大部分，一部分是轉動（轉子）部分，由主軸、葉輪、平衡盤、推力盤、半聯軸節等組合而成；另一部分是定部分，主要由氣缸、隔板、推力和徑向軸承、軸端密封組合而成。根據其氣體流動的線路，可將壓縮機劃分成若干級，其中，一個級由一個葉輪和與之相配的固定元件構成。壓縮機中間級主要包括葉輪、彎道、擴壓器、回流器等元件［7］。

2 實際案例介紹

本文所引用的案例的主要問題是性能不達標。具體表現為，丙烯壓縮機在項目中運轉時，操作人員發現在將丙烯壓縮機的機組推至額定工況過程中，壓縮機的轉速受到了限制。而丙烯壓縮機機組的性能不達標，不僅無法滿足項目工藝系統要求，甚至還會對項目順利施行造成嚴重影響。

本次案例中的丙烯壓縮機機組的具體參數為：機組驅動屬于背壓式的汽輪機驅動，壓縮機一段為二級，級間抽氣。額定設計工況的轉速能夠達到8505rpm，其中，一段的進口氣量為215 185Nm3/h，進口的壓力為0.655MPa（G），進口的溫度為10℃，介質氣為丙烯，分子量為42.07；抽氣的壓力為1.275MPa（G），抽氣的溫度為42.6℃；出口的壓力為1.682MPa（G），出口的溫度為57.9℃，出口的流量為33 700Nm3/h；機組的額定功率為5430kW［8］。本次案例中所采用的汽輪機，其蒸汽、進氣的壓力大約在3.8MPa（G），其中，進汽的溫度大約維持在（430±15）℃，額定轉速為8877rpm，排氣的壓力大約在1.1MPa（G）左右。

本次案例性能不達標問題的具體描述如下：丙烯壓縮機運行過程中，若轉速維持設計的正常工況負荷下，汽輪機的主氣閥門處于全部打開狀態。但若要提丙烯壓縮機的負荷到額定工況時，具體的數據與設計參數差距甚大，轉速僅能夠到達8032rpm，雖然一段的進氣量能夠達到217 425Nm3/h，進口壓力達到0.679MPa（G），進口的溫度達到10.4℃，分子量達到42.07；但抽氣的壓力僅為1.238MPa（G），抽氣的溫度為41.9℃；出口的壓力相較于設計的1.682 更低，僅為1.52MPa（G），出口的溫度顯示53.1℃，出口的流量顯示32 963Nm3/h。

3 性能不達標排查的方向

丙烯壓縮機性能出現不達標現象時，最先排查的便是丙烯壓縮機和汽輪機具體的設計選型、實際運行的氣動和工作效率等情況；其次，再排查實際工藝流程正確與否，以及設備管線和具體運行情況等，以此來解決汽輪機轉速不達標的問題［12-15］。具體可從以下幾個方面著手進行：一是壓縮機設計選型有無問題；二是排查汽輪機的設計選型有無問題；三是科學核算丙烯壓縮機的氣動功率、性能等；四是工藝的管線方面，設備運行過程中的進口和抽氣壓力、進口抽氣溫度、分子量、出口流量等有無問題，控制畫面的顯示值有無問題；五是排查工藝管路有無泄漏；六是排查蒸汽的品質。

4 導致丙烯壓縮機性能不達標的具體原因分析

4.1 工藝設備的各項管線、流量、壓力等數值有無問題

本次案例首先排查了工藝的管線、蒸汽管線及設備的進口抽氣的壓力、流量和溫度等，結果顯示設備的各項安裝均符合要求，且儀表也無遺漏情況；按照要求排查了設備的控制系統，結果顯示無問題；數據核算設備運行時所顯示的溫度、壓差和壓力，其結果和控制畫面上的結果基本相同。

4.2 壓縮機設計選型有無問題

本案例在發現問題時，便及時與設備設計的廠商進行溝通聯系，經過科學的核算，結果顯示丙烯壓縮機在設計選型上也并不存在任何問題，且設計結構也比較合理，基本符合設計規范和使用要求。

4.3 不同運行工況核算結果對比

本案例選取了3 種運行工況來進行核算，結果顯示各段的入口套件和運行值的結果基本一致，分子量和設計值基本一致，詳見表1至表3。

表1 第一種運行工況核算結果對比

表3 第三種運行工況核算結果對比

從表中可以看出，在確保機組轉速、一段入口參數等基礎之上，計算出來的壓縮機出口抽氣壓力、溫度等與運行時的數據十分接近。但在實際運行過程中，各段出口的溫度較計算出來的數值要略高。造成這一結果的原因可能是由于機組在進行內部循環時，有微量泄漏，但對整個機組的性能來說，這一點影響可忽略不計。

從工況1運行過程中所返回的畫面來看，2返1防喘振閥們的開度顯示為5%，而防喘振閥們的微量開度使得壓縮機的出口背壓有所下降，從而出現泄壓作用，因此，壓縮機的二段出口壓力較實際壓力要略高。

本案例針對3種工況進行了3種核算，結果均顯示壓縮機的實際運行情況和核算結果基本吻合，并沒有出現壓縮機性能偏差的問題，但因汽輪機轉速不能夠提升，從而導致壓縮機入口的流量和壓比相較額定功率有一定差距。因此，本案例猜測：蒸汽品質達標與否、蒸汽管道有無節流、汽輪機的設計結構。

（1）通過各段所顯示出來的壓力和壓差數值結果顯示，氣管路并不存在堵塞或者泄漏的現象。

（2）在對蒸汽條件進行排查以后，畫面顯示出來的參數在要求的范圍之內，而汽輪機的葉輪有無結垢在一定程度上也會導致設備工作效率下降、耗氣量增加，但要檢查此項，需確保主汽閥門全開，因此，只能待下一步停機拆檢驗證。

（3）核查汽輪機的設計結構，結構顯示合理，并對其前期所提交上來的汽輪機設計參數進行復查，結果顯示與汽輪機最初設計提供的參數基本接近。而在實際操作中，汽輪機運行的功率較壓縮機運行的功率要大上1000kW，但因轉速無法達到額定的轉速，因此，從理論上無法解釋這一情況，計劃下一步檢查蒸汽的品質或停機拆檢機組。

表2 第二種運行工況核算結果對比

5 結語

丙烯壓縮機負荷無法達到額定的工況不僅會影響到整個工期的推進，甚至還會埋下安全隱患。因此，檢修過程中，要逐條分析原因，并對丙烯壓縮機、汽輪機等進行氣動、效率、能耗等方面的核算，若有必要，也可開展第三方檢測進行驗證，進而查明影響性能的原因，尋求最佳整改措施，大幅提升機械設備運轉效益，節約原材料，降低成本，保證經濟效益和社會效益。